学文网【摘要】 分析了基于静态压力和动态压力联合检测的油管道泄漏监测方法,比较了基于静态压力检测和动态压力检测的优缺点,设计了基于静态压力和动态压力联合监测的管道泄漏监测系统。指出动态压力信号适用于管道内压力快速变化的泄漏检测,有着更高的定位精度;压力信号则对管道内压力信号的缓慢变化的泄漏情况有一定的应用场合。联合两种压力信号进行检测则能较好地适应泄漏的各种情况,现场试验表明了这一特点。
【关键词】 油管道;泄漏监测;压力波
一、油管道泄漏监测方法
按照API RP 1130～2007的划分,液体管道的泄漏监测方法可以分为外部检漏法和内部检漏法。外部检漏法是利用安装在管道外边的检测器,直接检测漏到管外的输送液体或其挥发气体,达到检漏目的。内部检漏法是指检测泄漏对管道运行参数造成的影响,如流体压力、流量的变化来判断是否发生泄漏,包括流量平衡法、实时模型法、统计检漏法、压力波方法等。基于计算机的***实时检测泄漏一般采用监测管道运行参数变化的内部方法。流量平衡法比较管道首端流入量和末端流出量来判断是否有泄漏发生。安装流量计将造成管道动力损失,大部分管道并没有在管道首、末端都安装流量计,由于流量计的精度等级不高,判断管道泄漏的主要依靠对管道内的流体压力等参数进行分析。实时模型法需要建立管道运行模型,需要测量管道的压力和流量等参数,管道模型不仅复杂,模型求解时运算量大,对仪表精度要求高,管道运行条件变化时,还须修改模型。统计检漏法根据管道首、末端的压力和流量连续计算泄漏的统计概率。压力波方法通过安装在管道首、末端的声波传感器检测管道中泄漏引起的沿管道传播的低频声波来判断泄漏,并根据压力波传播到管道首、末端的时间差进行漏点定位。该方法具有快速的反应速度和很高的定位精度,能够及时检测出泄漏,防止泄漏事故扩大,减少流体损失赢得宝贵的时间,是一种受到广泛重视的泄漏监测方法。
二、压力波泄漏监测及定位方法
带压输送管道发生泄漏时,由于管道内外的压力差,泄漏点处压力下降,泄漏点两边的液体由于存在压差而向泄漏点处补充,这一过程依次向上、下游传递,根据这一现象进行泄漏监测的方法就是压力波法。由于管壁的波导作用,压力波传播过程衰减较小,可以传播相当远的距离,安装于管道上的传感器能监测出压力波到达测量点的时刻,利用压力波通过上下游测量点的时间差以及压力波在管线中的传播速度,可以确定泄漏位置。压力波技术包括两种,一种为基于静态压力测量的负压波技术,另一种为基于动态压力测量的音波技术。
三、泄漏监测现场试验
基于压力波技术的管道泄漏监测系统包含下位机、上位机以及网络通讯三大部分,软件系统由LabVIEW开发完成。(1)下位机。下位机是直接控制现场硬件设备并获取相关信息的嵌入式工控机。下位机接收上位机发出的控制指令并将其解释成相应的时序信号,实时获取现场压力变送器/音波传感器输出的标准电流信号(4～20 mA),通过信号转换采集器中的A/D模块将模拟量转换为数字量。采样频率根据需要的信号频段进行定制。流量、密度、温度及其它物理量通过软件方式直接从PLC中获取。随后,将转变后的信号进行软、硬件二级滤波、打包、存储本地,并传送上位机。(2)上位机。上位机主要是系统中心站软件和通讯硬件设备,包括网络通讯传输、界面显示、数据算法分析与处理、报警处理、数据库管理等模块。各模块利用多线程思想设计开发,具有灵活、高效、可靠的特点。其整体思路为:首先由通信模块接收各子站下位机传来的数据,将数据进行信号滤波,结合泄漏监测与定位算法进行分析和处理,判断泄漏并定位泄漏点;同时将音波、压力、流量等数据进行实时曲线显示,并将这些数据存储在数据库中,此外还包括用户管理模块和统计模块进行管理和人机交互。上位机是进行人机交互的最直接平台。在整个功能分配中,现场调度人员最关心的问题是何时报警、报警准确性与否以及定位地点在何处,这也是泄漏监测系统的三大核心功能:报警及时性、准确性以及定位准确性。在泄漏系统软件开发时,需要对这些关键技术算法进行研究。(3)网络通信。为了对管道进行实时监控,必须实时获得管线各站场/阀室的管道运行数据,通畅的数据通讯是必不可少的。在实际应用时,需要根据现场情况进行选择。
四、结果分析
基于静态压力和动态压力的声波法都可以用来监测管道泄漏。分析了基于压电式动态压力传感器的管道泄漏动态压力信号的特征,指出动态压力信号适用于管道内压力快速变化的泄漏检测,基于动态压力传感器的管道泄漏检测比基于压力变送器的管道泄漏检测具有更高的定位精度;压力信号则对管道内压力信号的缓慢变化的泄漏情况有一定的应用场合。引起管道内动态压力变化的原因除了泄漏外还有其它一些原因。
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